JPS6249631A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPS6249631A
JPS6249631A JP6554286A JP6554286A JPS6249631A JP S6249631 A JPS6249631 A JP S6249631A JP 6554286 A JP6554286 A JP 6554286A JP 6554286 A JP6554286 A JP 6554286A JP S6249631 A JPS6249631 A JP S6249631A
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crystal
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早藤 貴範
Seiji Kawato
川戸 清爾
Yoshio Aoki
芳夫 青木
Shoji Wakayama
若山 昌次
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はダイオード、トランジスタ、IC等の半導体装
置に関するものである。
従来の半導体素子の製造にはCZ結晶とFZ結晶とが使
用されている。これらの結晶は素子の種類、素子の製造
条件によって使いわけされているが、いずれも一長一短
の性質を有している。
即ちまずCZ結晶について述べると、この結晶は通常1
01′オーダー、例えば1.3 x 10+s原子/c
rt+3程度と高濃度の酸素を含有している。ところが
CZ結晶を例えば1100℃で熱処理すれば、この熱処
理温度での酸素固溶限界(4X10”原子/cI113
)をこえる過剰分の酸素が析出物として成長してしまい
、またこの析出物から積層欠陥や転位も発生する。これ
らの結晶欠陥は素子の特性を悪化させることになる。但
し、酸素やその析出物は、半導体ウェハの周辺や裏面で
発生した転位がウェハ全体に伝播するのを阻止するとい
う、いわゆるピンニング(Pinning)効果を有し
ている。
他方、FZ結晶には通常5X1015原子/crn”以
下(例えば10″原子/cm3)の酸素しか含まれてい
ないので、CZ結晶において見られたような上述の欠陥
は発生しないが、酸素濃度が低いために上記のピンニン
グ効果がなく、ウェハの周辺や裏面からの多くの転位が
熱処理中に伝播してしまうという欠点がある。
本発明は上述の如き欠点を是正すべ〈発明されたもので
あって、半導体基板に対する熱処理工程を含む半導体装
置の製造方法において、5×1015〜lXl0”原子
/cm’の酸素を含有するシリコン基板を前記半導体基
板として用い、前記熱処理工程の前に前記シリコン基板
に対する裏面ゲッタリングを行うようにしたことを特徴
とする半導体装置の製造方法に係るものである。このよ
うに構成することによって、従来のC2結晶及びFZ結
晶の夫々の長所を生かしつつ結晶欠陥の発生を皆無にし
た装置を提供することができる。
一般に、半導体素子の製造においては出発材料として使
用する結晶を問題にする場合、CZ結晶かFZ結晶かと
いう択一的な議論はなされてきたが、その本質である酸
素濃度については全く考慮されていなかった。本発明は
従来の考え方を根本的に変更し、結晶中の酸素濃度を従
来のFZ結晶より高い5X10”原子7cm3以上とし
てFZ結晶にはなかった上記のピンニング効果を具備せ
しめ、またその酸素濃度を各種熱処理温度での固溶限界
以下であるlXl0”原子7cm3以下として過剰酸素
による析出物の成長を防止したのである。
各熱処理温度における酸素固溶限は下記に示す通りであ
る。
熱処理温度(’C)  酸素固溶限(原子/cm’)9
00      1xlO” 1000      2xlO” 1100      4X10” 1200      7X10” 1300     1.3X10” 1400     1.8X10” 本発明では、酸素濃度の下限は5X10”原子/cm”
以上とし、また上限はIX  10”原子/cm’以下
とすれば、FZ結晶の利点を生かしつつその欠点を除去
できる上に、酸素濃度最高温度における10”オーダー
の固溶限以下に保持し得て1300〜1400℃以下、
特に実用温度範囲である1000−1200℃において
酸素の析出を有効に防止して欠陥の発生をなくすことが
できる。
この結果、雑音特性、漏れ電流特性、スイソチン□グ特
性、CCD等のストレイジ特性等を飛曜的に改善できる
。
次に、本発明を実施例に付き詳細に説明する。
跋料 まず試料としては、酸素濃度が〜1018原子/cm3
 (CZウェハ:試料1)、〜1017原子/cmj(
試料2)、〜10′6原子/cm3(試料3)、〜10
15原子/cm”  (FZウェハ:試料4)の4種類
のシリコンウェハを使用した。このうち、酸素濃度が〜
10′7又は〜10′6原子/cm’のウェハ(試料2
及び3)はEZウェハと称され、CZ法で得られたイン
ゴットをFZ法によって酸素濃度を減らしつつ結晶に育
成し、この育成結晶から切り出して得られたものである
。
そして素子特性の評価のために、上記の各ウェハを用い
てMOSキャパシタ(図示せず)を製作する。なお各ウ
ェハは20〜30Ω−cfflでディスロケーションの
ないP型のものであり、表面ば機械的化学的研磨され、
裏面は化学エツチングによって仕上げられている。そし
てMOSキャパシタを製作するには次の各工程を経る。
0工程:酸素の影響が結晶欠陥の発生及び素子の特性に
顕著に現われるように、高温 で長時間(1100℃、乾燥02中、 100時間)熱酸化する工程。
P工程:結晶欠陥を裏面ゲッタリングで除去し得るかど
うかを明確にするため、燐を 1100℃で1時間裏面に付着させて拡散させる工程。
M工程:熱酸化膜上に電極を形成して通常のMO3素子
を製作する工程。
これら各工程を3通りに組合せて3種類のMOSキャパ
シタを製作した。即ち、(1)、O工程−P工程−M工
程(以下0→P−M工程と称する。)の順で製作する場
合。(2)、P工程→0工程→M工程(以下P→O→M
工程と称する。)の順で製作する場合。(3)、0工程
−M工程(以下0−M工程と称する。)の順で製作する
場合の3通りであった。
l七日ノ  の    S まずMOSキャパシタに対して段階的に電圧を印加して
電極下に空乏層を発生させ、一旦低下したキャパシタン
スが定常上端に到達する迄の回復時間t f (gen
eration time)を測定した。しかる後、工
程中に発生した欠陥を観察するために、表面の電極及び
酸化膜と裏面に存在している拡散によるダメージ層とを
除去した。ウェハ内のディスロケーションの分布はX線
トラバーストポグラフィ−によって、また表面から深さ
方向への欠陥の分布はX線セクシシントボグラフィーに
よって観察した。またX線トポグラフィ−では撮影でき
ない小さな結晶欠陥は、ウェハ表面を腐食処理して欠陥
を露出させてから光学顕微鏡で観察した。
(a)、ウェハ周辺からのディスロケーションの伝播 ディスロケーションの伝播範囲は明らかに酸素濃度に関
係しており、酸素濃度〜10ra原子/cII13の試
料1では伝播は殆ど見られながった。またウェハ全体に
おけるディスロケーション密度は、試料l (酸素濃度
〜1Q18原子/cm3)−試料2(酸素濃度〜101
7原子/cm3)−試料3 (M素濃度〜101b原子
/cI113)−試料4 (酸素濃度〜lO′s原子/
cm3)の順に多くなり、この順にディスロケーション
の伝播範囲が広くなっていることが分かった。
(b)、ウェハ断面内での欠陥分布 試料1では多くの析出物と積層欠陥が一様に成長したが
、試料2及び3(EZウェハ)及び試料4(FZウェハ
)では析出物や積層欠陥が発生器しなかった。但し、こ
れらのウェハでもp−o−M工程による素子では、P工
程にょるディスロケーションがO工程で動き易くなって
、ウェハの周辺又は裏面からディスロケーションが伝播
してきてウェハ全体に分布した。
(C)、ウェハ表面での欠陥観察 試料1では処理方法によらず一次積層欠陥(0工程で発
生したもの)とディスロケーションとが多数観察された
。試料2.3及び4では欠陥の発生はウェハの処理方法
に依存した。即ち、O−P−M工程で処理されたウェハ
には欠陥が殆ど発生しないが、P−0−M工程で処理さ
れたウェハには多数のディスロケーションが発生した。
また。
−M工程で処理されたウェハには二次積層欠陥(M工程
で発生した微小な積層欠陥)が観察された。
以上の結果は下記表に示した。
この表から、ディスロケーション密度は。−P−M工程
及びO−M工程では非常に少なく、二次積層欠陥はO−
P−M工程及びP−0−M工程では非常に少ないことが
分り、またこれらの工程において酸素濃度が1oIff
原子/c原子上り少ないと、−次積層欠陥密度が著しく
少なくなることが分る。
ディスロケーションの発生原因は2種類考えられる。ま
ずCZウェハ(酸素濃度10”原子/cm3)では、デ
ィスロケーションがO工程中にウェハ内部で成長する析
出物からパンチアウトされ、表面近傍の析出物から出た
ものは容易に表面に到達する。EZウェハ(酸素濃度1
0′7又は1016原子/cm3)やFZウェハ(酸素
濃度10′5原子/cm3)では、酸化温度1100℃
での固溶限が4X10”原子/cm3)であるために析
出物は成長せず、従ってディスロケーションも著しく少
なくなる。一方、P−0−M工程で処理されたウェハで
は、上述したようにP工程によるミスフィツトディスロ
ケーションがO工程中に表面にまで伝播する。CZウェ
ハではこの種の伝播は、上記のピンニング効果のために
殆どない。EZウェハにおけるディスロケーションの伝
播がFZウェハの場合よりも起こりにくいのは、酸素原
子又はそのクラスタのピンニング効果によるものと考え
られる。
−次積層欠陥はCZウェハのみに観察され、他のウェハ
では殆ど観察されなかったが、CZウェハでの一次積層
欠陥はウェハ内部の酸素に関与した歪が原因であると思
われる。二次積層欠陥は、長時間酸化後にウェハを炉か
ら引出す冷却過程で生じる過剰の金属不純物等が表面近
くに集まってできた微小欠陥が原因となって発生する。
o−p−M及びP−0−M工程ではそのような微小欠陥
が発生しなかったのは、P拡散によるミスフィツトディ
スロケーション(格子歪)が過剰の金属不純物等を吸収
して微小欠陥の発生を阻止したためであると思われる。
またO−M工程では、酸素濃度が1017又はlOI″
原子/cm’のものが1015原子/cI113のもの
より少ないのは、酸素と金属不純物等とが相互作用し、
5t−5iO□界面に成長するはずの微小欠陥の発生を
ある程度阻止したためと考えられる。CZウェハでは、
−次積層欠陥や析出物が過剰金属不純物等を吸収する働
きがあるので、その発生核である微小欠陥の成長がなく
、二次積層欠陥の発生がなくなる。
(d)、回復時間と欠陥との関係 一般に、工程中に発生した結晶欠陥の密度は上述の回復
時間tfに反比例し、欠陥密度が小さい程、trが大き
い。上述の各ウェハに対して3通りの工程で処理したと
きに得られた結果を第1図に示した。これによれば、い
ずれの処理においても、ウェハの酸素濃度が10”(実
際には5×10”)原子701112以上、101s原
子/c+++”以下、即ちEZウェハでは回復時間tf
が大きくて望ましいことが分る。
特にEZウェハのうち、酸素濃度が10′6〜7xlQ
I?原子/cII+″であるものが、回復時間が大きい
こと及び実用性の両面からみてより望ましく、その範囲
では酸素濃度が大きくて固溶限近傍のものがディスロケ
ーションの動きを防止し易い点で更に望ましい。なおO
−M工程の場合は、7×101S〜1017原子/cI
l13の酸素濃度が良好な結果をもたらす。
図面の結果を更に詳述すると、P−0−M工程による素
子では、主としてP拡散によるミスフィツトディスロケ
ーションが素子特性を支配するが、裏面のゲッタリング
効果が大きいためにディスロケーションは不純物によっ
てデコレートされておらず、特性への影響は比較的小さ
い。またO−M工程による素子の特性が最も悪いのは、
デコレートされた積層欠陥が原因になっているものと思
われる。またO−P−M工程による素子では、ディスロ
ケーションも積層欠陥も少ないために最良の特性を示す
ものと思われる。
以上説明したように、この例によるウェハは熱処理によ
って生じ得る結晶欠陥の発生又は成長を防止することが
できる。従って、従来公知の方法で、ウェハ内にダイオ
ードやトランジスタ等の素子を形成した場合、このプロ
セス温度では結晶欠陥が現われないことから、素子動作
時の雑音特性、漏れ電流特性等を飛曜的に改善すること
ができる。
なお、上述の熱処理によってウェハ表面に成長した熱酸
化膜は除去してもよいし、或いはそのまま残して従来公
知のように拡散マスクとして用いてもよい。
以上、本発明を実施例に基いて説明したが、この実施例
は本発明の技術的思想に基いて更に変形が可能であるこ
とが理解されるであろう。例えば形成すべき半導体素子
は様々であってよいし、ICやCODにも勿論適用でき
る。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明の一実施例によるウェハを用いて製作した
MOSキャパシタのキャパシタンス回復時間trと酸素
濃度との関係を示すグラフである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 半導体基板に対する熱処理工程を含む半導体装置の製造
    方法において、5×10^1^5〜1×10^1^8原
    子/cm^3の酸素を含有するシリコン基板を前記半導
    体基板として用い、前記熱処理工程の前に前記シリコン
    基板に対する裏面ゲッタリングを行うようにしたことを
    特徴とする半導体装置の製造方法。
JP6554286A 1986-03-24 1986-03-24 半導体装置の製造方法 Granted JPS6249631A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02281290A (ja) * 1989-03-31 1990-11-16 Samsung Electron Devices Co Ltd プラズマデイスプレーパネルのスキャンライン駆動分離回路及び分離方法

Non-Patent Citations (2)

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Title
JOURNAL OF APPLIED PHYSICS=1975 *
SOLID-STATE SCIENCE AND TECHNOLOGY=1975 *

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